硅酸盐水泥熟料改性硫铝酸盐水泥性能

摘要

硫铝酸盐水泥是我国自主研发的特种水泥，具有早期强度高、体积稳定性好、碳排放低等特点，限制其大量推广应用的关键在于生产硫铝酸盐水泥所需的铝质原材料要求较高，导致硫铝酸盐水泥生产成本较高。同时，硫铝酸盐水泥主要水化产物钙矾石碱度较低，在二氧化碳长期侵蚀下容易发生碳化反应而分解，引起硫铝酸盐水泥混凝土承载能力下降。因此，对硫铝酸盐水泥进行改性是其必然要求，在熟料中复合部分硅酸盐水泥熟料是对硫铝酸盐水泥进行改性最有效的途径。
　　磷石膏是湿法生产磷酸过程中排放的固体废弃物，主要成分为CaSO4·2H2O，还含有少量磷、氟、酸不溶物等杂质，限制了其资源化利用。为了提高磷石膏资源化利用，同时考虑到磷石膏中杂质对硫铝酸盐水泥基本性能影响较小的特点，选择磷石膏作为混合水泥的后掺石膏。
　　改变硫铝酸盐水泥熟料与硅酸盐水泥熟料配比，掺加不同量的磷石膏配制硫铝酸盐水泥熟料-硅酸盐水泥熟料-磷石膏三元混合水泥。研究硅酸盐水泥熟料掺量对硫铝酸盐水泥标准稠度、凝结时间以及抗压强度、砂浆干缩性能的影响，并通过水化放热速率分析混合水泥的水化过程。研究结果表明：掺入硅酸盐水泥熟料促进了硫铝酸盐水泥的水化反应，增加了硫铝酸盐水泥的标准稠度，缩短了凝结时间，提高了硫铝酸盐水泥的早期强度，但是对后期强度发展不利。
　　硫铝酸盐水泥水化产物碱度较低，掺入部分硅酸盐水泥熟料改变了硫铝酸盐水泥水化产物组成，增加硫铝酸盐水化产物的碱度。硫铝酸盐水泥发生碳化反应时，混凝土强度降低，碳化侵蚀前后水化产物X射线衍射光谱分析（XRD）表明硫铝酸盐水泥强度降低的主要原因是碳化过程中钙矾石分解。在硫铝酸盐水泥中掺入部分硅酸盐水泥熟料，增强了硫铝酸盐水泥抵抗碳化侵蚀的能力。在磷石膏掺量为20％的硫铝酸盐水泥中，掺入10%的硅酸盐水泥熟料后硫铝酸盐水泥混凝土的90d碳化系数由73.12%提高到85.45%，接近于同条件下硅酸盐水泥混凝土的碳化系数。
　　采用了水洗、石灰中和、快烧三种方式对磷石膏进行预处理，配制了掺预处理磷石膏的硫铝酸盐水泥。研究结果表明：相对于原状磷石膏，掺水洗与石灰中和预处理磷石膏的硫铝酸盐水泥早期强度更高，表明磷石膏杂质主要影响硫铝酸盐水泥的早期性能，对其后期性能影响不大。采用快烧方式预处理磷石膏时，磷石膏中的二水石膏发生脱水反应形成复相石膏体系。快烧预处理磷石膏作硫铝酸盐水泥与改性硫铝酸盐水泥的后掺石膏促进了水泥的水化过程，增加了硫铝酸盐水泥与混合水泥的标准稠度，缩短了凝结时间，促进了水泥强度的发展。

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目录

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 磷石膏建材资源化利用

1.3 本课题提出与意义、研究内容

2 原材料及试验方法

2.1 试验原料

2.2 试验方法

3 混合水泥基本性能

3.1 标准稠度与凝结时间

3.2 混合水泥抗压强度

3.3 混合水泥干燥收缩

3.4 混合水泥水化放热速率

3.5 本章小结

4 硅酸盐水泥熟料改性硫铝酸盐水泥抗碳化性能

4.1 水泥水化产物碱度

4.2 硫铝酸盐水泥碳化过程分析

4.3 硅酸盐水泥熟料对硫铝酸盐水泥抗碳化性能的影响

4.4 本章小结

5 预处理磷石膏对改性硫铝酸盐水泥基本性能的影响

5.1 磷石膏的预处理方法

5.2 预处理磷石膏对硫铝酸盐水泥基本性能的影响

5.3 预处理磷石膏对混合水泥基本性能的影响

5.4 本章小结

6 结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目及获奖情况